Može li kvantno računalstvo doista poremetiti farmaceutsku industriju?


Kvantno računalstvo je sve više puno pažnje od investitora u posljednje dvije godine. Jedna od najranijih — i najunosnijih — primjena mogla bi biti u farmaceutskoj industriji, a posebice za otkrivanje lijekova.

Farmaceutska industrija troši oko 15% svojih prihoda na istraživanje i razvoj. To je ogroman novac. Kad bi se kvantno računalstvo koristilo samo za 1% ovog posla, bilo bi to prilično veliko tržište,” kaže Oliver Kahl. On je direktor u MIG Capitalu, njemačkoj VC tvrtki koja ima uloženo u IQMjedan od najvećih europskih kvantnih startupa.

Dva europska startupa koji koriste kvantno računalstvo za otkrivanje lijekova već su prikupila novac ove godine: finski Algorithmiq donio je 4 milijuna dolara u veljači, a pariški Qubit Pharmaceuticals prikupio je 16 milijuna eura u lipnju. Povrh te švicarske tvrtke Zemlja isto toliko koja ima farmaceutske aplikacije u svom modelu kvantne usluge, prikupila je 75 milijuna dolara u ožujku.

Ali koliko je kvantum daleko od stvarnog poremećaja farmacije?

Što kvantno računalstvo može ponuditi farmaceutskim tvrtkama?

U nekoliko riječi: puno, puno brže otkrivanje lijekova.

“Tradicionalno” otkrivanje lijekova zahtijeva provjeru tisuća molekula kako bi se pronašli kandidati koji se zatim moraju testirati na životinjama i ljudima u ekstremno kontroliranim uvjetima. Prije nego što se to dogodi, znanstvenici moraju identificirati pravu molekulu u našem tijelu na koju lijekovi mogu ciljano djelovati za liječenje određenog stanja.

Cijeli proces može trajati godinama. S obzirom na to samo 10% lijekova testiranih u kliničkim ispitivanjima dobije odobrenje, slika izgleda prilično sumorna.

Kako bi se ubrzalo otkrivanje lijekova i smanjili troškovi, startupi poput britanskih BenevolentAI i Exscientia su pomoću umjetne inteligencije predvidjeti koji će kandidati za lijekove najvjerojatnije uspjeti.

Kvantno računalstvo moglo bi unaprijediti ova predviđanja simulacijom kandidata za lijekove i njihovih meta kako bi se pronašao najbolji spoj. To je nešto što klasična računala jednostavno ne mogu.

Sabrina Maniscalco, izvršna direktorica Algorithmiqa

Prema Sabrini Maniscalco, izvršnoj direktorici Algorithmiqa, simulacija jednostavne molekule poput vode pomoću kvantnog računala zahtijevala bi memorijski ekvivalent WhatsApp poruke. Ali za simulaciju složene molekule poput penicilina “trebalo bi više memorije od ukupnog broja atoma u svemiru – u osnovi je nemoguće to simulirati na klasičnom računalu”.

“Želimo biti prvi koji će dokazati da kvantno računalstvo može učiniti nešto što silicijska računala ne mogu”, kaže Maniscalco za Sifted.

Kvantne simulacije ne bi samo smanjile količinu vremena i novca koje je potrebno za otkrivanje lijekova — one bi također mogle omogućiti znanstvenicima da pronađu potpuno nove lijekove koje tradicionalni pristupi nisu. “To neće biti inkrementalna promjena, već destruktivna.”

Rad s nesavršenim kvantnim računalima

Unatoč svim pričama o potencijalu kvantnog računalstva, tehnologija je još uvijek u ranoj fazi razvoja. IBM trenutačno ima najsnažniji kvantni procesor, sa 127 qubita — kvantni ekvivalent računalnog bita.

Računalna snaga je ograničena u ovim malim procesorima, ali Maniscalco vjeruje da je dovoljna za korištenje u stvarnim scenarijima. Prvi cilj njezine tvrtke je djelomična simulacija enzima – posebice dijela enzima koji je u interakciji s drugim molekulama.

Glavni izazov Algorithmiqa je taj što su postojeći kvantni uređaji iznimno osjetljivi na svoje okruženje, što znači da svaka interakcija s njihovim okruženjem — poput najmanjih promjena temperature — može dovesti do pogrešaka u izračunima. Buduća kvantna računala imat će značajke ispravljanja pogrešaka, ali to će zahtijevati mnogo veće memorije za koje Maniscalco procjenjuje da neće biti dostupne za 15 do 30 godina.

Algorithmiq sada želi riješiti taj problem. Strategija startupa je razviti algoritam za čišćenje signala koji generira kvantno računalo. “To je kao da snimite fotografiju s najboljom postavkom svjetla, najboljom kamerom i dodatno je poboljšate u Photoshopu.”

Robert Marino, izvršni direktor tvrtke Qubit Pharmaceuticals
Robert Marino, izvršni direktor tvrtke Qubit Pharmaceuticals

“Kvantna računala su sada tamo gdje su klasična računala bila u 60-ima i 70-ima – napravljena su za rješavanje specifičnih problema, nisu univerzalna računala”, kaže Robert Marino, izvršni direktor Qubit Pharmaceuticals.

Njegov startup odlučio se za hibridni pristup kako bi zaobišao trenutna ograničenja kvantnih računala. Ideja je identificirati specifične korake u kojima bi kvantno računalstvo moglo riješiti složene matematičke probleme učinkovitije od klasičnog računala. “Velike probleme siječemo na male dijelove kako bismo radili s onim što je dostupno”, kaže Marino za Sifted.

Jedan takav korak bilo bi mapiranje svih mogućih “oblika” ili stanja koja meta droge može poprimiti. Budući da neke molekule mogu komunicirati s lijekovima samo kada su u vrlo specifičnom stanju, korištenje kvantnog računalstva za njihovo mapiranje moglo bi otkriti rijetke mete za kandidate za lijekove koje klasična računala nisu uspjela pronaći.

„Puno izračuna je potrebno samo za taj korak; kvantno računalstvo moglo bi uštedjeti tisuće sati rada na računalu,” kaže Marino.

Unutar dvije do tri godine očekuje da će Qubit Pharmaceuticals koristiti kvantna računala za 5-10% procesa otkrivanja lijekova, a klasična računala za sve ostalo.

Pokazuje li farmacija interes?

“Trenutačno su farmaceutske tvrtke u fazi ‘što možemo učiniti s tim’ — svi su jako zainteresirani za isprobavanje, učenje, uvid u slučajeve upotrebe i usporedbu kvantnog računalstva s klasičnim računalstvom”, kaže Marino.

“Rekao bih da su u stanju tehnološke znatiželje. Ne znam ni za jednu etabliranu farmaceutsku tvrtku koja trenutno koristi bilo kakva kvantna računalna sredstva osim razine dokaza koncepta ili pilot-razine”, kaže Kahl za Sifted.

Neke farmaceutske tvrtke počinju se baviti kvantnim računalstvom. M Ventures, venture ogranak Mercka, uložio je u američki kvantni startup Seeqc. BASF je jedan od investitora u Zapata Computing, startup sa sjedištem u SAD-u koji razvija kvantni softver. Biogen se udružio s tvrtkom 1QBit kako bi koristio kvantno računalstvo za ubrzavanje otkrivanja lijekova. Zaklada Novo Nordisk upravo je uložila 200 milijuna dolara u razvoj kvantnih računala za farmaceutske i klimatske aplikacije.

“Danas ne postoje kvantna računala koja mogu pokretati istinski komercijalno značajne algoritme”, kaže Gangolf Schrimpf, koji vodi odnose s medijima u Mercku. “Procjenjujemo da će prvi komercijalno relevantni strojevi stići 2025. ili kasnije. No, to ne znači da prije 2025. nećemo raditi s manje sofisticiranim verzijama.

“Može se sa sigurnošću reći da je većina farmaceutskih tvrtki svjesna ovog područja i njegovog potencijala poremećaja te su angažirali svoje inovacijske ekosustave (pothvat, akceleratore, poslovni razvoj) kako bi stvorili rana partnerstva.”

Dodaje da je razvoj internog znanja o kvantnim tehnologijama dio Merckove strategije da bude spreman kada kvantno računalstvo krene. “Aktivno skeniramo kvantni prostor u potrazi za dodatnim ciljevima ulaganja, uključujući i susjedne tehnologije kao što je kvantno očitavanje.”

Kada će – ako će uopće – tehnologija biti isporučena?

“Kvantno računalstvo već se pokazalo korisnim u otkrivanju lijekova, čak i ako još ne možemo simulirati složene molekule,” kaže Florian Neukart, direktor proizvoda u tvrtki Terra Quantum. On vjeruje da bi značajne molekularne simulacije za farmaceutsku industriju mogle biti moguće u sljedećih tri do pet godina.

Maniscalco uspoređuje posao koji kvantni startupovi danas obavljaju sa slijetanjem na Mjesec – računalo korišteno za slijetanje Apolla imalo je manju procesorsku snagu nego današnji pametni telefon, no tim koji stoji iza njega ipak je uspio postići nešto što je do tada bilo nemoguće.

Margaret Hamilton 1969. pored šifre koju je napisala za slijetanje Apolla na Mjesec
Margaret Hamilton 1969. pored koda koji je rukom napisala za slijetanje Apolla na Mjesec

„Punopravne molekularne simulacije zahtijevaju milijune i milijarde qubita i vrata visoke vjernosti. Osobno očekujem desetljeća daljnjeg razvoja prije nego što takvi sustavi postanu stvarnost,” kaže Kahl. “O tome kada će kvantno računalstvo moći stvoriti vrijednost za farmaceutske tvrtke, konzervativna pretpostavka nije prije kraja desetljeća.”

Leonie Mueck, direktorica proizvoda u kvantnom startupu Riverlane sa sjedištem u Velikoj Britaniji, nudi optimističniju viziju. Ona ističe da buduća otkrića u istraživanju mogu otkriti nove metode koje značajno smanjuju resurse potrebne za pokretanje ovih kvantnih algoritama. Ovo se već dogodilo u kvantnom polju i moglo bi ubrzati predviđene vremenske rokove.

Kvantno računalstvo moglo bi koristiti farmaceutskoj industriji i na druge načine. Na primjer, optimizacija opskrbnog lanca proizvodnje lijekova ili korištenje kvantnih računala za simulaciju učinaka koje će liječenje imati na pacijente, što bi moglo značajno povećati stopu uspješnosti kliničkih ispitivanja.

Možemo li očekivati ​​kvantni balon?

“Kvantno računalstvo privuklo je popriličnu bazu obožavatelja i brojni kvantni evangelisti glasno hvale dolazak kvantnog doba. Ovo može zvučati sarkastično, ako ne i cinično, ali kvant je vrlo složeno polje koje mnogi ne razumiju”, kaže Kahl.

Uobičajeno krivo uvjerenje je da će kvantno računalstvo omogućiti eksponencijalno povećanje brzine računanja u odnosu na tradicionalna računala. Prema Kahlu, postoji samo nekoliko poznatih algoritama za koje znamo da će značajno nadmašiti klasično računalstvo kada se pokreću na velikim kvantnim računalima. “Nedavna istraživanja ističe da nema dokaza za eksponencijalnu kvantnu prednost u kvantnoj kemiji, a time i farmaceutskim primjenama.

“Nažalost, čini se da mnogi investitori ne znaju, ne žele znati ili ne razumiju ovo; strah od propuštanja svakako ima velik doprinos.”

Schrimpf dodaje: “Naša primarna briga je da će kvantne tehnologije proći kroz ciklus rasta i pada koji će presušiti mogućnosti financiranja. Kvantno računalstvo neće biti sveobuhvatno rješenje za računalstvo, niti će svaki budući pametni telefon imati jezgru kvantnog računalstva – barem ne u doglednoj budućnosti.

„Kvantna računala rješavaju vrlo male, složene matematičke probleme u visokovrijednim slučajevima industrijske uporabe […] Vjerujemo da je važno upravljati pompom i očekivanjima i pružiti polju snažan, ali što je još važnije kontinuirani tok financiranja, uključujući strpljivi privatni kapital i inicijative javnog financiranja.”

Neukart smatra da će kvantno računalstvo vjerojatno slijediti tipičan ciklus hype kroz koji su prošli mnogi drugi tehnološki sektori. “Kada je počelo strojno učenje, ljudi su mislili da ga možete primijeniti na bilo koji problem koji imate. Izazov je komunicirati gdje je kvantno računalstvo korisno, a gdje nije.”

Prema Neukartu, u usporedbi s drugim industrijama, farmacija ima tendenciju paziti da ne daje bilo kakve izvanredne tvrdnje — što znači da je hype ciklus možda neće toliko pogoditi.

“Očekivao bih da će se tržišta ohladiti – nadamo se da se neće zamrznuti – dok ljudi budu shvaćali stvarnost tehnološkog razvoja koji je sporiji od očekivanog”, kaže Kahl. “Drugi val razvijat će se sporije i vjerojatno će biti više fokusiran na industrijske vertikale gdje postoje jasni dokazi eksponencijalne kvantne prednosti.”

Clara Rodríguez Fernández je Siftedova dopisnica za deeptech sa sjedištem u Berlinu.